塌岸预测方法

(1)塌岸预测类比法：类比已知条件相似的水库岸坡的剖面，绘制 (1)塌岸预测类比法：类比已知条件相似的水库岸坡的剖面，绘制 待预测岸坡的塌岸剖面。 (2)塌岸预测动力法：塌岸量与波能和岩土抗冲刷强度之间的“ (2)塌岸预测动力法：塌岸量与波能和岩土抗冲刷强度之间的“关 系方程” 系方程”： 式中，Q为库岸单位宽度内被冲刷的岩土体体积（m3/m） 式中，Q为库岸单位宽度内被冲刷的岩土体体积（m3/m） E为波浪单位时间作用在单位宽度库岸的动能（t·m） 为波浪单位时间作用在单位宽度库岸的动能（t kp为岩土体的抗冲刷系数（m3/t） 为岩土体的抗冲刷系数（m3/t） t为水库运营年限 b为经验常数，取决于滨岸浅滩中堆积部分的宽度，一般 （0.45-0.95） 0.45-0.95） 该方法有一定的物理依据，但“关系方程” 该方法有一定的物理依据，但“关系方程”的建立需要一 定量的观测样本，难以获得，一般仅用于海岸工程领域。 (3)塌岸预测统计法：主要是依据已建成水库的观测资料，用数据 (3)塌岸预测统计法：主要是依据已建成水库的观测资料，用数据 统计的方法建立库岸再造的规模、速度、与各种自然因素的统 计关系，借以预测水库库岸的库岸再造过程。一般用于宏观控 制塌岸规模。
H3 L/ h m − m0 = 0.17 1 d
1 2
水库低水位以下至波浪影响深度下届范围内， 平衡剖面的坡角余切值m 平衡剖面的坡角余切值m2：
H3 L/ h m2 − m0 = 0.37 d
1 2
式中，m cotα， 是岸坡自然坡角；h 式中，m0＝cotα，α是岸坡自然坡角；h是浪 高（m）；L是波长（m）；d 高（m）；L是波长（m）；d是河岸岩土体的平 均粒径（m 均粒径（m）。 波浪影响深度hp： 波浪影响深度hp：
卡丘金法适用于自然岸坡较陡， 卡丘金法适用于自然岸坡较陡，且由松软 适用于自然岸坡较陡 匀质土体如黄土、砂土、 匀质土体如黄土、砂土、砂质粘土等组成 的库岸的塌岸预测。 的库岸的塌岸预测。 目前， 目前，在我国中小型水库的塌岸预测中多 采用这种方法。 采用这种方法。
佐洛塔廖夫图解法 库岸再造后的岸坡可分为浅滩外缘陡坡、堆积浅滩、 冲蚀浅滩、爬升带斜坡以及水上岸坡带等五段，通过作图 得到上述五段岸坡，即为库岸再造的最终岸坡。 该方法时由前苏联学者其佐洛塔廖夫1955年提出的， 该方法时由前苏联学者其佐洛塔廖夫1955年提出的， 原理如图所示: 原理如图所示:
库岸段 编号及 长度
地形坡度
地层岩性或工 程岩组
结构类 型
强风化岩体 厚度（m）
稳定性及塌岸 破坏形式预测
代表性 剖面
一般 20°～ ①102.94 泥质粉砂岩间 25°，前缘局 m 夹长石砂岩 部 30° 一般 26°～ 泥质粉砂岩为 ②181.47 30°，前缘局 主，间夹长石 m 部 44° 砂岩 ③148.37 m 一般 20°～ 泥质粉砂岩与 22°，局部 长石砂岩互层 40°
L H hp = 0.028 1/ 2 d
1 2
活动沙层厚度t一般取波浪影响深度的0.1倍。 活动沙层厚度t一般取波浪影响深度的0.1倍。
对于粘性土库岸，根据试验和现场观察提出， 对于粘性土库岸，根据试验和现场观察提出， 当波长h≤3m时，波长与波高的比值L/h＝10当波长h≤3m时，波长与波高的比值L/h＝1025，塑性指数Ip＝7-17，孔隙比e＝0.5-1.20时， 25，塑性指数Ip＝ 17，孔隙比e 0.5-1.20时， 有：
破坏形式
坍（崩）塌型
滑移型
（二）塌岸预测方法
影响塌岸的因素错综复杂，包括岩性、结构、库 影响塌岸的因素错综复杂，包括岩性、结构、库 岸形态、波浪作用、水文地质条件、淤积速度等 等，因此，很难建立一种包括上述诸因素在内的、 预测坍岸发生与发展的理论或计算公式。目前， 只能通过某些假设条件，在理论研究的基础上， 只能通过某些假设条件，在理论研究的基础上， 建立近似的并尽可能接近实际的坍岸预测方法或 理论计算公式，以达到预测塌岸范围的目的。 常用塌岸预测方法：塌岸预测类比法、塌岸预测 常用塌岸预测方法：塌岸预测类比法、塌岸预测 动力法 、卡丘金法、佐洛塔廖夫图解法、平衡剖 面法等
（一）水库塌岸类型
划分依据 岸坡岩土类型 类型 岩质库岸 土质库岸 岩土混和库岸 冲蚀，剥蚀型 特征说明 岩质岸坡在水的作用下冲蚀、崩塌 土质岸坡在库水作用下坍塌、滑移 岩土体混和岸坡在库水作用下侵蚀、坍塌或滑移 在水的冲蚀、浪蚀作用下，库岸后退。一般发生在岩质 岸坡强风化带或地形坡度较缓的土质岸坡。变化较缓， 规模较小。 岸坡在水的作用下，基座软化或掏空，土体或被卸荷裂 隙分割的岩体向江、河、水库坍（崩）塌。一般发生在 坡度较缓的土质岸坡或基岩卸荷带岸坡，具突发性。若 岩体中顺岸裂隙发育，突发性更强，规模也更大。 在水流的作用下，岩土体沿软弱结构面（带）向江、河、 水库整体滑移。往往规模大、位移大、危害大。
浅谈水库岸坡塌岸预测方法
报告人：胡志宇 2005年 2005年9月4日
目
录
（一）水库塌岸类型 （二）塌岸预测方法 （1）类比法 （2）动力法 （3）统计法 （4）经验法 （三）工程实例 （四）结论与展望
水库蓄水常常引起一些工程地质问题，水 库塌岸是其中之一。水库蓄水后， 由于周 期性的水位抬升、消落及波浪作用，破坏 了原有的平衡状态，库岸周边的坡地，受 到水的浸湿及风浪、水流的冲蚀作用，发 生坍塌，这就是水库塌岸。而随着时间的 生坍塌，这就是水库塌岸。而随着时间的 延长，库岸不断的坍塌破坏，库岸线也逐 渐后退，直到达到新的平衡状态为止。这 一过程，称为水库的库岸再造。 一过程，称为水库的库岸再造。
准确的塌岸预测不是一次完成的，必须对 准确的塌岸预测不是一次完成的，必须对 水库运行期间的塌岸剖面进行跟踪式水准 测量，用以检验、修正、和再预测。使预 测量，用以检验、修正、和再预测。使预 测结果逼近真实。
（三）工程实例
三峡库区湖北省兴山县平邑口库岸塌岸预测 考虑地形、工程岩组、结构类型、 考虑地形、工程岩组、结构类型、强 风化岩体厚度、稳定性及塌岸破坏形式等 风化岩体厚度、稳定性及塌岸破坏形式等 因素对库岸进行分段。库岸段总长按 ∇145m～153m（坡底）库岸线计732m， 145m～153m（坡底）库岸线计732m， 将平邑口库岸(规划800m)分为五段，各段 将平邑口库岸(规划800m)分为五段，各段 工程地质特征 见下表：
hp = 0.5h hp = 3.33h e m −m = 7e hIP 1 2
m2 − m0 = 50e h
平衡剖面法需要通过总结诸多水位带间、波 平衡剖面法需要通过总结诸多水位带间、波 浪作用带间稳定库岸坡角与波浪要素间的关系曲 线，建立经验数据模型并用于绘制平衡剖面。因 此经验数学模型的建立是该方法中的难点。
一般 6-10m， 斜横向、 沿裂隙密集 带深风化 顺向 24m 以上 逆向 5-6m
蓄水稳定， 侵蚀 型塌岸
1-1
蓄水稳定，侵 蚀、 崩塌型坍岸 蓄水稳定， 侵蚀 型库岸再造 蓄水稳定，侵 蚀、 崩塌型坍岸 蓄水稳定，侵 蚀、 崩塌型坍岸
2-2
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斜横向
一般 3-5m 最 薄处 1.6m
3-3
总体 26°左 ④133.23 泥质粉砂岩与 右，前缘最陡 m 长石砂岩互层 处 55° 中后部 18°～ ⑤101.86 泥质粉砂岩与 27°，前缘 m 长石砂岩互层 54°
hb = 3.2K • h • tanα
K为岸坡粗糙系数，一般取0.6 为岸坡粗糙系数，一般取0.6 h为浪高（m），取0.5m 为浪高（m），取0.5m hs为正常高水位以上岸坡的高度（m） 为正常高水位以上岸坡的高度（m α为水库水位变动和波浪影响范围内，形成均一的磨蚀浅滩的坡角（°） 为水库水位变动和波浪影响范围内，形成均一的磨蚀浅滩的坡角（° β为水上岸坡的稳定坡角（°） 为水上岸坡的稳定坡角（° γ为原岸坡坡角（°） 为原岸坡坡角（°
(4)塌岸预测经验法： (4)塌岸预测经验法： 目前，主要的预测方法包括： 卡丘金法、 卡丘金法、 佐洛塔廖夫法、 佐洛塔廖夫法、 平衡剖面法三种。 平衡剖面法三种。
卡丘金法
于1949年提出的库岸最终塌岸预测宽度计算公式为： 1949年提出的库岸最终塌岸预测宽度计算公式为：
式中：S为最终塌岸宽度（m 式中：S为最终塌岸宽度（m）； N为与土的类型相关系数：粘土为1，冰积亚粘土为0.8，黄土为0.6，砂土为0.5; 为与土的类型相关系数：粘土为1，冰积亚粘土为0.8，黄土为0.6，砂土为0.5; A 为水位变化幅度（m）； 为水位变化幅度（m hp为波浪影响深度（m） 为波浪影响深度（m 设计水位以下波浪影响深度一般取1 设计水位以下波浪影响深度一般取1－2倍浪高；而浪高<0.5m时，波浪影响深度取 倍浪高；而浪高<0.5m时，波浪影响深度取 1m。 1m。 hb为浪爬高度 设计高水位的浪爬高度按下式计算：
平衡剖面法
在水库波浪和船行波浪的长期作用下，库岸断面将逐 渐调整至平衡位置，形成平衡剖面。 根据水库运行性质，波浪作用规律，以及库岸岩土体 工程地质特征，运用水力学、泥沙运动学等理论以及实际 观察数据，可建立基于经验的数学模型，用于预测平衡断 面，从而获得水库塌岸的空间规模。 前苏联学者提出： 对于非粘性土库岸，当土体主要由0.1－0.15mm土 对于非粘性土库岸，当土体主要由0.1－0.15mm土 颗粒组成时，根据试验资料，提出正常高水位以上至波浪 爬升高度上界范围内，平衡剖面的坡角余切值m 爬升高度上界范围内，平衡剖面的坡角余切值m1为：
（7）以b点作为冲蚀浅滩的坡面线，与正常高水位线相交于 ）以b c点；其稳定坡度β3，根据岸坡岩性而定； 点；其稳定坡度β3，根据岸坡岩性而定； （8）由c点作冲蚀爬升带的坡面线，与波浪爬升高度水位线 ）由c 相交于d点；其稳定坡角β4，按岩性及波浪爬升高度 相交于d点；其稳定坡角β4，按岩性及波浪爬升高度 而定； （9）绘制水上岸坡坡面线de，β5据自然坡角确定； ）绘制水上岸坡坡面线de，β5据自然坡角确定； （10）检验堆积系数与预定值是否相符，如相符，则向左或 10）检验堆积系数与预定值是否相符，如相符，则向左或 向右移动a 向右移动a点并按上述步骤重新作图，直至适合为止。 对于易冲刷、易软化的岩质边坡，或松散堆积物质全 对于易冲刷、易软化的岩质边坡，或松散堆积物质全 部被波浪或向岸流所冲走的地段，其岸边浅滩只有磨蚀部 分，堆积率应取为零。此种情况下，a 分，堆积率应取为零。此种情况下，a点位置应与初始岸 坡线相交。
具体预测步骤如下： （1）绘制预测地点的地形、地质剖面 （2）标出水库正常高水位线与水库最低水位线； （3）从正常高水位向上标出波浪爬升高度线，爬升高度（hb）之值 ）从正常高水位向上标出波浪爬升高度线，爬升高度（hb）之值 取为一个波高。 （4）由最低水位向下，标出波浪影响深度线，影响深度（hp）之值 ）由最低水位向下，标出波浪影响深度线，影响深度（hp）之值 取为（1/3—1/4）波浪波长，粘性土应大些，砂土小些； 取为（1/3—1/4）波浪波长，粘性土应大些，砂土小些； （5）波浪影响深度线上选取a点，该点位于堆积浅滩带与浅滩外缘陡 ）波浪影响深度线上选取a 坡带之转折点处，该点的选取应使堆积系数Kα达到预定值。 坡带之转折点处，该点的选取应使堆积系数Kα达到预定值。 （6）由a点向下，根据浅滩堆积物的岩性绘出外线陡坡线使之与原斜 ）由a 坡线相交；其稳定坡度β1， 粉细砂土和粘性土小于8 12° 坡线相交；其稳定坡度β1， 粉细砂土和粘性土小于8—12°，卵石 层和粗砂土小于18—20° 层和粗砂土小于18—20°。由点向上绘出堆积浅滩坡的破面线，与 原斜坡线相交于b点；其稳定坡度β2，细粒砂土为1 1.5° 原斜坡线相交于b点；其稳定坡度β2，细粒砂土为1—1.5°，粗砂小 砾石为3 砾石为3—5°；